计算机自动检定的电测设备测量不确定度的自动评定

1、软课题计算机自动检定的电测设备测量不确定度的自动评定研究技术报告电力试验研究院（集团）电力研究院二0 0八年一月目录一、 前言二、 立项背景三、 课题的目的、必要性与现实意义四、 相关技术国外现状、发展趋势五、 技术方案、指标与主要研究容六、 自动检定装置不确定度系统结构1.系统概述1.1前言1.2系统概述1.3系统目标2.系统方案设计2.1总体技术方案2.2系统开发平台2.3软件界面介绍3.系统接口设计七、 技术突破与技术创新点八、 课题取得的成果与前景九、结束语一、前言测量结果的准确可靠，是计量的核心容，为了更科学地评价测量结果，按照实验室认可的要求，在校准证书中要给出测量结果的不确定度评

2、定，目前采用人工测量、计算来合成测量结果不确定度的方法，这种方法效率低，容易产生人为的误差，因此，在对数字多用表实现了自动化检定的基础上，实现对不同测量点进行测量不确定度的自动评定具有非常现实的意义。由于始终存在于测量过程中的随机误差影响和不可能完全消除或修正的系统误差影响，任何实际的测量都不可能获得被测量的真值，即测量结果总是不能准确确定的。测量不确定度的评定就是要决定测量结果的不确定程度与其相应的置信概率，即给出一定置信概率的测量不确定度。二、立项背景计量是工程质量保证的重要手段。因此，在计量检定和计量管理过程中引入计算机实现自动化具有重要意义。现代电子技术、计算机技术、网络通信技术的快速

3、发展，推动了测量仪器的不断进步。测量仪器的快速发展对仪器的检定/校准提出了更高的要求。一方面，需要检定/校准的仪器量在逐年提高，检定/校准工作量在不断加大，现有标准仪器、人员和场地已难以应付;另一方面，对于各种综合性能测试分析仪器的操作复杂和虚拟仪器的广泛使用，采用传统的人工检定/校准操作已显得力不从心，检定/校准效率低已成为检定/校准工作的突出问题。在设备、人员资源有限以与使用成本不断提高的今天，发展自动化检定/校准将成为提高检定/校准效率和质量的发展方向。在自动检定/校准趋于完善的同时，数据处理的重要性也逐渐彰显出来。在传统的自动检定中，人工处理数据不但降低了工作效率也很容易出错，导致测量

4、结果的失真，甚至不可用。计算机实现数据结果的智能化处理，达到我们预期的要求，已成为人们关注的焦点。为保证测量结果的准确可靠，需对测量结果进行不确定度评定，利用现有的自动化检定/校准技术与计算机处理数据的优势，使得自动化检定/校准中测量结果不确定度自动评定成为可能。三、课题的目的、必要性与现实意义 通过本项目的研究，实现对电测量仪表检定装置和多功能数表的自动化检定，提高检定水平，提高工作效率。保证量值传递的准确可靠。使我院对电测量仪表检定装置和多功能数表的检定校验达到国先进水平。与此同时，在传统自动化检定/校准的基础上进一步完善数据处理软件中存在的不足，并提出合理的结果数据格式，实现测量不确定度

5、评定的自动评定。通过计算机实现的自动检定/校准与相应的数据处理，不但提高了工作效率，也该进了测量的方法。手动检测中人为出错的概率大，带来测量上的不准确，进而会影响各供电局和电厂运行仪表测量和保护的准确性，影响电网的安全经济运行。通过对数字多用表自动检定装置数据管理系统的开发、研究与编辑软件实现，克服传统的手工操作检测过程中，速度慢，数据处理的繁杂、费时、效率低和容易出错等弊端，提高工作效率，提高检定水平，规操作程序，统一数据报表、证书格式。可以减少并消除量值传递的不准确，减少并消除由人为因素带来的测量误差与繁杂的测量过程，快速准确的实现对数表的自动检定，从而保证供电局和电厂运行仪表测量和保护的

6、准确，保证电网的安全经济运行。四、相关技术国外现状、发展趋势目前国中试院所还没有听说有对数字多用表自动检定测量结果不确定度自动评定的成功经验，所以研究开发该项目是一全新的课题和技术，具有一定的先进性和前瞻性，具有现实和长远的实际意义。虽然当前数字化测量仪器、计算机技术、自动控制技术、测量总线技术与网络技术已得到空前的发展，然而，由于计量标准和被检仪器的多样性，存在各不一样的差异性，使得作为特殊检测形式的计量检定/校准在自动化应用方面没有得到同步的发展。虽然检定/校准使用的数字化标准仪器大部分都配有控制接口(如RS- 232,GPIB等)，但目前在实际检定/校准过程中被利用到的较少，大部分仍采用

7、人工操作和手写记录，仪器的数字化和自动化功能被束之高阁，自动化检定系统的开发与其测量结果的自动评定将会彻底改变传统人工操作和手写记录的局面。五、技术方案、指标与主要研究容电测量仪表检定装置和多功能数表的生产厂家较多，各种装置和数表的通信接口和通信协议不一致，所以需要研究计算机与各种装置和数表的通信，通过对程序软件的开发编辑，利用计算机多功能数据接口对校验系统进行控制和数据采集处理，实现对不同生产厂家的电测量仪表检定装置输出电量参数的全自动控制，校验系统实现对各种电测量仪表检定装置和数表的全自动检定，并实现对测量结果的不确定度的自动评定，实现检定记录、数据处理、出具检定证书的全自动化。降低工作强

8、度、提高工作效率、消除工作人员的错误带来的人为误差。实验室进行数字多用表不确定度自动评定中，我们考虑的不确定度来源有三个：1.多功能校准器的最大允许误差；2.被测表的示值重复性；3.被测表的分辨力。通过编程来实现逐一不确定度分量的评定，然后得到合成标准不确定度，合成标准不确定度再乘上置信因子便得到扩展不确定度，具体实现为：系统具备信号发生与采集、信号处理、过压和电流开路保护等功能。用计算机通过数据接口发出激励信号，控制4708标准源输出各种电量参数，同时采集数字多用表的读数值，计算机对数据进行自动采集、记录,自动生成表格,自动计算误差，自动对不确定度进行评定,实现记录和证书的自动打印，从而实现

9、自动校验。考虑到被测表分辨力一项由软件实现可行性较小，所以在分辨力一项改由人工操作，得出的数据填入分辨力一项后有软件进行自动合成。六、自动检定装置不确定度系统结构1. 系统概述1.1 前言随着计算机、自动化、电子技术等高新技术的不断发展，越来越多的电测量仪表测量装置和高精度数字多用表在电力部门投入使用，它们的准确可靠关系到电力系统安全经济发、供电，对提高电能质量、降低损耗具有极其重要的意义；同时电测量仪表测量装置和数字式多用表也是电力生产、试验和科研必不可缺少的工具，因此必须对其进行周期的检定校准，在基本误差合格的前提下，还需对测量结果进行不确定度的评定，以保证其测试的准确可靠。随着电网公司各

10、供电局和发电厂电测量仪表（交直流电流、电压、功率）测量装置、校验仪等检定和校验装置的广泛应用以与供电局和发电厂计量标准的建立,对相关标准装置的准确度等级、校验过程程控化能力、数据处理无纸化水平等性能指标，提出了更高的要求。随着材料、芯片与计算机技术的发展，自动化水平的提高和国民经济的快速增长，各种智能化芯片在仪表上的应用也越来越广泛，各种测控仪器在操作控制、数据处理、传输上也越来越完善，这使得利用计算机控制各种仪器仪表进行不确定度的自动评定成为可能。1.2 系统概述数字多用表不确定度自动评定系统由计算机、4708多功能校准源、数字多用表、系统程控软件以与连接各硬件的通信线缆等构成。系统程控软件

11、包括了打开方案模块、设置表源通讯模块、设置检定项目模块、设置电量量程模块、开始检定模块、检定结果模块、历史记录查询模块共计八个主要模块，不确定度的自动评定设计在了“开始检定模块”中，当基本误差检定完毕后，根据客户要求进行不确定度的评定。1.3 系统目标 具有友好的可视化操作界面，对各种管理与控制功能进行简便的操作；针对被检表的通信接口，软件中可以选择RS232通讯模式或者488通讯模式；实现标准源和数字多用表的全自动控制；实现数据库管理，对各种检测数据进行分析、计算和处理，并自动存档、自动生成和填写各种检定表格； 具有备份和查询功能，对保存的数据、表格进行备份，可通过送检单位、设备编号、证书编

12、号等进行查询；数据采集、数据处理和数据修约快速正确；2. 系统方案设计2.1 总体技术方案按照国家实验室认可的要求以与考虑到测量结果的可靠性，对测量结果进行不确定度的评定是个必然趋势，在数字多用表自动化检定系统开发出来的基础上增加不确定度的自动评定部分，以自动化的方式取代传统的手动不确定度评定，大大降低了工作强度，提高了工作效率。整个系统操作方便、简洁，能对评定结果进行存档并导出为需要的证书格式，实现不确定度自动评定工作的规化和可控性，使工作效率与计量管理水平显著提高。2.1.1 系统结构数字多用表测量结果不确定度自动评定系统构成框图如图1所示：图1 系统框图2.1.2 系统硬件方案1. 系统

13、功能、性能：设备名称型 号测量围与技术条件不确定度数字多用表检定装置4708/4600交流电压：（0-1000）V 0.005 级U=4.2×10-4V直流电压：（0-1000）V 0.001级U=2×10-5V交流电流：0-10A 0.005级U=2.1×10-4A直流电流：0-10A 0.003级U=5×10-5A频率: （010）MHz电阻：10100MU=2.3×10-6k可见，数字多用表检定装置可对等级数0.005级与以下的数字多用表进行检定校验。系统通过488接口实现软硬件信息交换，所以要求被检数字多用表须具有488接口。2. 系统

14、连接：该数字多用表检定装置各部分通过488口进行连接，其数据线有8根，传输速率最高1Mbps，传输距离20米(加驱动器可达500米)。2.2 系统开发平台系统采用Borland公司的的Delphi工具进行开发，最终目的是使软件具有实用性、可靠性、易用性和可维护扩展性。由Borland公司推出的Delphi是全新的可视化编程环境，它提供了一种方便、快捷的Windows应用程序开发工具。它使用了Microsoft Windows图形用户界面的许多先进特性和设计思想，采用了弹性可重复利用的完整的面向对象程序语言(Object-Oriented Language)、当今世界上最快的编辑器、最为领先的数

15、据库技术。Delphi是Borland公司研制的新一代可视化开发工具，可在Windows3.x、Windows95、WindowsNT等环境下使用。当前，Delphi也可以为LINUX平台上开发应用，其在LINUX上的对应产品Kylix。2.2 软件界面介绍利用Delphi开发的数字多用表自动化检定测量结果不确定度自动评定系统，界面简洁美观，易操作性强，见图2：图2.不确定度分量测试与概算 在标准器允许误差一项上面，我们鼠标右键点击，在弹出项目中选择“设置标准允许误差”，如图3，根据数字多用表说明书中的技术指标填入相应档位的a、b系数，软件能够根据系数自动计算出标准器的允许误差值。图3.设置标

16、准允许误差对被检表进行重复性测试时，先选中改项目，点击右下角“开始测试”按钮，4708标准源便按照软件设定的次数升源，每次测量数据可以显示在右侧显示框，测试完毕，软件自动计算其实验标准差。被检表分辨力的测试通过手动完成，具体方法：调节多功能标准源，使输出为直流10V，待被检表示值稳定后记录标准源显示值，记为，调节标准源使得数字多用表小数点后最末一位变化一个字（例如由10.00001V变化到10.00002V），记录此时标准源显示值，记为，则分辨力=U2-U1。把U1 ，U2的数值分别填入标准读数1和标准读数2处，见图4。图4.示值分辨力测试图准备设定被检表测试量程、通讯联通测试次数是否达到要求

17、？控制标准源输出电量设定值读取被检表示值保存被检表示值到测量列表NY根据测量列表数据1计算平均值（估计值）2计算标准不确定度与不确定度分量保存计算结果图5.被检表示值重复性测试流程在三个不确定度分量结果测试出来后，软件自动计算自由度，根据95%的置信概率选择合适的置信因子，最终得出本次测量的扩展不确定度。3. 系统接口设计对于一个系统来说，模块之间需要通讯，系统与外界也有数据交换，同时作为软件使用者的人，也算作系统的一个组成部分。这些部分之间都存在数据和控制信息的传递。数字多用表检定装置各部分采用的IEEE488通用接口总线又称GPIB(General Purpose Interface Bu

18、s)总线，是HP公司在70年代推出的台式仪器接口总线，因此又叫HPIB(HP Interface Bus)，1975年IEEE和IEC确认为IEEE 488和IEC 652标准。该标准总线在仪器、仪表与测控领域得到了最广泛的应用。这种系统是在微机中插入一块GPIB接口卡（本套装置使用的是航天203所研制的GPIB接口卡），通过24或25线电缆连接到4708多功能校准源的GPIB接口。尽管GPIB接口的数据线传输距离只有20米，其传输速率最高也只有1Mbps，目前仍是仪器、仪表与测控系统与计算机互连的主流并行总线。七、技术突破与技术创新点数字多用表自动化检定中不确定度的自动评定方法的开发是对传统

19、不确定度评定方法的创新和突破，提高了工作效率，减少了人为评定带来的可能错误，提高了检定的准确性和可靠性，保证了量值传递的统一、准确，保证了电网计量工作的正常进行。八、课题取得的成果与前景 具有友好的可视化操作界面，对各种管理与控制功能进行简便的操作；针对被检表的通信接口，软件中可以选择RS232通讯模式或者488通讯模式；实现标准源和数字多用表的全自动控制；实现数据库管理，对各种检测数据进行分析、计算和处理，并自动存档、自动生成和填写各种检定表格； 具有备份和查询功能，对保存的数据、表格进行备份，可通过送检单位、设备编号、证书编号等进行查询； 数据采集、数据处理和数据修约快速正确；借鉴数字多用

20、表自动化检定中测量结果不确定度自动评定的成功经验，将进一步实现电测仪表装置、电压监测仪检定装置、高阻箱检定装置的自动化检定中测量结果不确定度自动评定，如有必要，还将实现现场设备（交流采样检定装置、仪表与变送器检定装置等）的不确定度自动评定。九、结束语数字多用表自动化检定测量结果不确定度自动评定作为一个专业的、针对性强的数字多用表程控校验系统，其初衷是实用、易用，方便，准确、可靠。系统建设也是一个不断扩展、完善的过程。今后对系统的扩充和改进也是我们的工作重点。附件1：数字多用表自动化检定系统与其测量结果不确定度自动评定操作指南14 / 26附件1数字多用表自动化检定系统与其测量结果不确定度自动评

21、定操作指南电力试验研究院（集团）电力研究院计量所二00七年十二月目 录1.系统概述31.1.软件描述31.2.运行环境32.数字表检定32.1.进入数表检定程序32.2.操作步骤介绍（界面的导航栏）32.2.1.打开方案32.2.2.设置表源通讯42.2.3.设置检定项目52.2.4.设置电量量程62.2.5.设置检定点72.2.6.数据生成82.2.7.开始检定82.3.检定结果处理以与报表打印102.3.1.检定结果处理102.3.2.历史记录查询113.数字多用表自动化检定测量结果不确定度的自动评定123.1 设置标准器允许误差133.2 被检表示值重复性133.3 被检表示值分辨力13

22、1. 系统概述1.1. 软件描述数表检定系统是通过计算机实现数字多用表的全自动的检定，同时按照国家计量检定规程的要求对检定数据进行自动分析并计算误差、打印检定报告（结果）的实时控制系统。1.2. 运行环境运行于Windows 2000, Windows XP。2. 数字表检定2.1. 进入数表检定程序启动程序系统自动进入数表程序界面，如下图所示：2.2. 操作步骤介绍（界面的导航栏）2.2.1. 打开方案打开方案是可供用户选择检表的方案，界面如下：用户可根据要检定的表计选择检表方案，选择方案的时候可以在此方案上双击，也可以选择某一方案以后，点。对于方案的说明，如果该方案以前检过表的话，用户选择

23、该方案以后，就可以直接进行检表的2.2.7操作步骤了，如果该方案没有检表，或许要对该方案的参数进行修改，则需要用户对后面的步骤进行操作。2.2.2. 设置表源通讯正常情况下，我们为每一种方案设置默认的通讯方式，但有时用户可根据实际情况进行设定。如下图所示：选择测试条件的步骤如下：1 设置运行模式，用户选择以后可以看到，如下图所示：我们需要选择正常运行2 选择标准源，用户可以在这里选择标准源，我们在此都使用4708作为标准源，所以用户不需要自行修改，如下图所示：3 选择被检表，这个步骤应该是每次检表的时候，用户需要注意了，被检表应该是我们现在所列出来的表计序列中的一种，如下图所示。既然是自动检表

24、，就需要进行和电脑通讯的参数的设置，我们检表所使用的接口是IEEE-488,设备地址定义为03号，所以用户需要把被检表的通讯方式设置为488，并且把地址设置为03号。此步操作对于每种类型的表计操作不尽一样，用户如果有什么疑问的话，可找厂家联系，也可以直接和我们联系。2.2.3. 设置检定项目设置检定项目是为用户对每次检表所要测量的电量进行选择，用户可直接进行选择。操作比较简单，双击可以取消和选择，界面如下：2.2.4. 设置电量量程此步骤用户可以设置该表的量程和等级，如下图所示：如用户需要设置直流电压300mV;3V;30V;300V;600V，则用户可直接在此编辑框中进行录入，录入的时候带国

25、际单位录入，注意大小写。也可以点击边上的小点进行选择，其他电量的量程按同样的方式进行设置。2.2.5. 设置检定点我们在检定数表的时候，需要对每个量程的检定点进行设置，我们设置检定的大致原则是：对于电流和电压，我们需要有一个全检量程，并且它的检定点为10个，从10%-100%，对于其他量程我们默认的检定点为10%，50%，100%，而对于电阻，我们只检定与4708标准源匹配量程的100%这个点。对于有频率的数表来说，我们默认是在100V量程下检定45-55Hz的每一个整数点。了解了以上说明以后，对于我们软件操作来说，也比较的简单了，界面如下：1 我们首先选择一个电量的全检量程，双击则进入如下界

26、面然后选择一个刻度，确定就可以了，那么此时我们的程序自动把选择的该量程设置为全检，并且把检定点设好，其他量程默认为非全检。2 接着找到其他电量（电压、电流）的全检量程，直接双击就可以了，3 对于频率，同样双击以后选择频率的刻度就可以了，4 电阻也同样的操作。5 同时检定点也可以直接在界面上进行设置，2.2.6. 数据生成所谓数据生成，是根据用户的设置，生成检定界面，以上从步骤2.2.3 到 步骤2.2.5进行改变了的话，需要进行此步操作。点界面右上角的，在出现的提示中选择是即可完成操作：。2.2.7. 开始检定检定过程中一些状态参数的设置说明l 暂停：我们生成数据的时候，默认的状态为，每一个量

27、程设置了，暂停，这样可方便用户对接线方面的处理，同时用户可以根据被检表自行进行暂停设置。选择某一行以后，点鼠标右键，在出现的菜单中选择检前暂停（换线）这一栏就可以了，那么我们在检表的时候会在这个点的进行之前进行暂停。l 结束：我们还可以设置结束检定状态，所谓结束，就是说，我们在检完该点时候，让电脑不在自动进行下面的检定。而把标准源自动进入归零状态，这样主要是为了方便用户单一检定某个点（如检定完毕以后，我们发现某个点超差，或许我们对这个点的数据感到有疑问，那么我们就可以找到该点，在此设定一个结束状态，那么开始检定以后，电脑只会对该点进行检定，而不会继续下面的检定），或许用户把它设为当前自动检定到

28、此结束的标志。以上操作完成以后，在确认接线以与配置没有问题的情况下，我们就可以开始检定了，可以直接点就可以了，或许在需要开始检定的那一行直接双击也行。界面如下，此时，还可以做进一步的确认。点，那我们就开始自动检表了，这时候，一般不要动软件的其他地方了，只要观察标准源和被检表的显示是否正常。检定注意事项：Ø 如何处理暂停当我们设置了暂停以后，软件检到该点的时候，会自动暂停检定，弹出如下对话框：在换好线或一些仪器设置以后，如果要继续检定就点是，如果想要结束检定选择否就可以了。Ø 如何停止检定在检定过程中，如果遇到操作方面的问题，需要软件停止自动检定，那用户可以直接在检定的读数框

29、中点停止就可以了，如图所示：Ø 如何单点检定在检定过成中，如果需要对某一个点进行检定，那么我们可以在这个点上把他设定为结束状态。前面已经介绍。Ø 如何重新检定在检表的过程中，当停止检定以后，又要接着对其他点进行检定，软件很好的解决了这个问题，用户只要用鼠标选择开始点就可以，再开始检定了。同时这个可以解决对该表进行多次检定，很好的解决了由于时间问题不能在一次把该表检定完毕的问题，用户只须选择最后一次检定该表的方案，从没有检定完毕的点开始就可以了。Ø 如何选择任一点检定可以直接用鼠标找到某点就可以了。检定结束注意事项：程序在每次检定完毕以后会自动的把标准源归零，并且关闭输出。所以程序会在每次结束之后弹出如下对话框：在没有出现此框之前，请暂时不要操作软件。2.3. 检定结果处理以与报表打印我们把前面的工作完成以后，等于就对一块数表的检定已经完毕，我们接着要对它的结果和报表进行处理。2.3.1. 检定结果处理检定完毕以后，进导航栏的，我们在这里可以对这个表的铭牌信息进行处理，包括，仪器名称，型号，厂家等等，界面如下：此步所能实现的功能：l 录入仪表的参数信息，可直接在对应的编辑框中进行录入，在第一次录入以后，下次就可以直接在下拉列表中进行选择了。l 保存，保存就是在录入了参数以后，可以把这些参数保存下来。直接点下方，就可以了。l 可直接打印该